JP5048872B2 - Projection exposure method, projection exposure apparatus, laser radiation source, and bandwidth narrowing module for laser radiation source - Google Patents

Projection exposure method, projection exposure apparatus, laser radiation source, and bandwidth narrowing module for laser radiation source Download PDF

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Description

本発明は、投影対物系の物体平面の領域に配置されたマスクのパターンの少なくとも1つの像による投影対物系の像面の領域に配置された感放射線基板の露光のための投影露光方法、本方法を実施するのに適する投影露光装置、更に、レーザ放射線源及びレーザ放射線源のための帯域幅狭化モジュールに関する。   The present invention relates to a projection exposure method for exposing a radiation-sensitive substrate arranged in an image plane area of a projection objective by means of at least one image of a mask pattern arranged in an object plane area of the projection objective, The invention relates to a projection exposure apparatus suitable for carrying out the method, and also to a laser radiation source and a bandwidth narrowing module for the laser radiation source.

今日、半導体構成要素及び他の微細構造デバイスを製造するのに、主にマイクロリソグラフィ投影露光方法が使用されている。この場合、結像される構造のパターン、例えば、半導体構成要素の層の線パターンを担持するマスク(レチクル)が使用される。マスクは、投影露光装置内で照明系と投影対物系の間の投影対物系の物体平面の領域に位置決めされ、照明系によって供給される照明放射線によって照明される。マスク及びパターンによって変更された放射線は、投影対物系内を投影放射線として通過し、投影対物系は、マスクのパターンを通常は感放射線層(フォトレジスト)を担持する露光される基板上に結像する。   Today, microlithographic projection exposure methods are mainly used to manufacture semiconductor components and other microstructured devices. In this case, a mask (reticle) is used which carries the pattern of the structure to be imaged, for example the line pattern of the layer of the semiconductor component. The mask is positioned in the region of the object plane of the projection objective between the illumination system and the projection objective in the projection exposure apparatus and illuminated with illumination radiation supplied by the illumination system. Radiation modified by the mask and pattern passes through the projection objective as projection radiation, which images the mask pattern onto the exposed substrate, usually carrying a radiation-sensitive layer (photoresist). To do.

深紫外範囲又は超深紫外範囲(DUV又はVUV)内の高解像度マイクロリソグラフィのための現在の投影露光装置は、一般的に1次光源としてレーザを使用する。特に、約248nmの作動波長を有するKrFエキシマレーザ又は約193nmの作動波長を有するArFエキシマレーザが従来的である。157nmの作動波長ではF2レーザが使用され、126nmではAr2エキシマレーザを使用することができる。1次レーザ放射線源は、レーザ光から構成されるレーザビームを放出し、このレーザビームは接続した照明系によって受光され、マスク上に誘導される照明放射線を発生させるように成形し直される。照明放射線及び投影放射線のスペクトル特性、すなわち、波長λ又は角周波数ωに依存するこれらの放射線の特性は、この場合、1次レーザ放射線のスペクトル特性によって実質的に判断される。 Current projection exposure apparatus for high resolution microlithography in the deep ultraviolet or ultra deep ultraviolet (DUV or VUV) range generally uses a laser as the primary light source. In particular, a KrF excimer laser having an operating wavelength of about 248 nm or an ArF excimer laser having an operating wavelength of about 193 nm is conventional. An F 2 laser can be used at an operating wavelength of 157 nm, and an Ar 2 excimer laser can be used at 126 nm. The primary laser radiation source emits a laser beam comprised of laser light, which is received by a connected illumination system and reshaped to generate illumination radiation that is directed onto the mask. The spectral characteristics of the illumination radiation and the projection radiation, i.e. the characteristics of these radiation depending on the wavelength λ or the angular frequency ω, are in this case substantially determined by the spectral characteristics of the primary laser radiation.

リソグラフィ工程の設計では、レチクル上の構造の線幅は、投影対物系を利用して既知であると仮定する照明を用いて結像した後に、感光層内で望ましい構造サイズが露光されるように調整される。この場合、基板上の位置には無関係に、マスクの等しい構造がフォトレジスト内で等しく結像されることが重要である。そうでなければ、半導体構成要素の場合、価格を減損する速度損失、又は最悪の場合は機能損失さえも発生する場合がある。従って、半導体製造における1つの重要な変数は、工程によってもたらされ、「限界寸法の変化」又は「CD変化」とも呼ばれる限界構造の厚み(CD)の変化である。これから、結像される等しい構造の視野にわたって均一な幅、いわゆるCD均一性は、リソグラフィ工程の極めて重要な品質基準を構成する。   In the design of a lithography process, the linewidth of the structure on the reticle is imaged using illumination that is assumed to be known using a projection objective so that the desired structure size is exposed in the photosensitive layer. Adjusted. In this case, it is important that an equal structure of the mask is imaged equally in the photoresist regardless of its position on the substrate. Otherwise, in the case of semiconductor components, there may be a speed loss or even a loss of function in the worst case. Thus, one important variable in semiconductor manufacturing is the change in critical structure thickness (CD), introduced by the process, also referred to as “critical dimension change” or “CD change”. From this, a uniform width across the field of equal structure being imaged, the so-called CD uniformity, constitutes a very important quality criterion of the lithography process.

フォトレジスト内の構造の幅に対する判断ファクタは、そこに堆積する放射線エネルギである。慣例的な推定として、フォトレジストは特定の放射線エネルギ堆積量を上回って露光され、この量を下回っては露光されないと仮定する。放射線エネルギ量に対する限界値を「レジスト閾値」とも呼ぶ。この場合、重要なものは、基板上のある位置で合計の露光時間にわたって積分される放射線強度である。フォトレジスト内の特定の位置で堆積される放射線エネルギのマグニチュードは、多数の影響変数、特に、光学収差、特に色収差、露光放射線の偏光状態、更にまた、迷光及び二重反射の影響に依存する。レーザが1次光源として使用される場合には、少なくとも部分的にコヒーレントな放射線を使用する際に自己干渉の得られる場合があるいわゆるスペックルが、CD変化の更に別の潜在的原因として加えられる可能性がある。この場合、主に、いわゆる時間変化スペックル(動的スペックル、時間スペックル)が重要であり、これらのスペックルは、レーザパルスの持続時間よりもそれ程短くないコヒーレンス時間を有する光源が使用されることからもたらされる時間的強度変動によってもたらされる。それとは対照的に、一般的な非コヒーレント光源のコヒーレンス時間は非常に短く、この場合、時間変化スペックルは問題ではない。   The decision factor for the width of the structure in the photoresist is the radiation energy deposited there. By convention, it is assumed that the photoresist is exposed above a certain amount of radiation energy deposition and not below this amount. The limit value for the amount of radiation energy is also referred to as a “resist threshold”. In this case, what is important is the radiation intensity integrated over a total exposure time at a location on the substrate. The magnitude of the radiation energy deposited at a particular location in the photoresist depends on a number of influence variables, in particular optical aberrations, in particular chromatic aberration, the polarization state of the exposure radiation, and also the effects of stray light and double reflection. If a laser is used as the primary light source, so-called speckle, which may result in self-interference when using at least partially coherent radiation, is added as yet another potential cause of CD variation. there is a possibility. In this case, mainly so-called time-varying speckles (dynamic speckles, time speckles) are important, and these speckles use a light source with a coherence time not much shorter than the duration of the laser pulse. Caused by temporal intensity fluctuations resulting from In contrast, a typical non-coherent light source has a very short coherence time, in which case time-varying speckle is not a problem.

マイクロリソグラフィ投影露光装置に適するレーザ放射線源を選択する場合には、数々の影響パラメータを考慮に入れるべきである。特に大きい像視野を有する高解像度の投影対物系の場合には、色補正は非常に複雑である。投影対物系が完全には色補正されない場合には、異なる波長を有する放射線は、投影対物系の像視野内で各波長に対して異なる焦点位置をもたらす。得られる欠点を回避するために、一般的に、非常に狭帯域のレーザ放射線源を使用する手法が行われる。従って、従来のエキシマレーザは、数百pmのレーザの自然放出スペクトルを例えば1pmよりも狭い帯域幅に10の数乗倍狭化する帯域幅狭化モジュールを含む。従って、大きい帯域幅は色収差に関して不利である。それとは対照的に、スペックルと呼ぶ望ましくない干渉現象は光の時間コヒーレンスに起因すると考えられるので、広い帯域幅は、動的スペックルの発生に関してはむしろ好適である。この光はそれ程コヒーレントではないので、レーザ放射線内にはより異なる波長が含まれ、広い帯域幅は、スペックルを回避することに関しては好適である。   A number of influence parameters should be taken into account when selecting a suitable laser radiation source for a microlithographic projection exposure apparatus. Color correction is very complex, especially for high resolution projection objectives with large image fields. If the projection objective is not fully color corrected, radiation having different wavelengths will result in different focal positions for each wavelength within the image field of the projection objective. In order to avoid the disadvantages obtained, it is common practice to use a very narrow band laser radiation source. Therefore, a conventional excimer laser includes a bandwidth narrowing module that narrows the spontaneous emission spectrum of a laser of several hundred pm to a bandwidth narrower than 1 pm, for example, by a power of ten. Thus, a large bandwidth is disadvantageous with respect to chromatic aberration. In contrast, a wide bandwidth is rather preferred for the generation of dynamic speckle, since an undesirable interference phenomenon called speckle is thought to be due to the temporal coherence of light. Since this light is not very coherent, different wavelengths are included in the laser radiation and a wide bandwidth is preferred with respect to avoiding speckle.

従って、適切な帯域幅の選択は、常に、一方で低い色収差への要件と、他方で僅かなスペックルの間の妥協である。最適な帯域幅の設定は、各投影露光装置を設計する際に、例えば、投影対物系の色補正に対して入手可能なデータに基づいて判断すべきである技術的な問題である。   Thus, the selection of an appropriate bandwidth is always a compromise between the requirement for low chromatic aberration on the one hand and a few speckles on the other hand. Optimum bandwidth setting is a technical problem that should be determined when designing each projection exposure apparatus, for example, based on data available for color correction of the projection objective.

特許出願US 2006/0146310 A1及びUS 2008/0225921 A1は、各場合に、使用されるレーザ放射線源のスペクトル強度分布を設定又は変更することができる投影露光方法及び投影露光装置を開示している。   The patent applications US 2006/0146310 A1 and US 2008/0225921 A1 disclose in each case a projection exposure method and a projection exposure apparatus which can set or change the spectral intensity distribution of the laser radiation source used.

US 2006/0146310 A1US 2006/0146310 A1 US 2008/0225921 A1US 2008/0225921 A1

本発明の目的は、レーザを1次光源として用いて作動し、従来のシステム及び方法と比較して像生成に対する時間変化スペックルの影響を低減すると同時に像生成に対する色収差の影響を増大させないように設計された投影露光方法及び本方法を実施するように設計され投影露光装置を提供することである。更に別の目的は、上述の投影露光方法を実施するのに適するレーザ放射線源、及び同じくレーザ放射線源のための帯域幅狭化モジュールを提供することである。   It is an object of the present invention to operate using a laser as the primary light source and reduce the effect of time-varying speckle on image generation as compared to conventional systems and methods, while not increasing the effect of chromatic aberration on image generation. It is to provide a designed projection exposure method and a projection exposure apparatus designed to carry out the method. Yet another object is to provide a laser radiation source suitable for implementing the above-described projection exposure method, and also a bandwidth narrowing module for the laser radiation source.

上述の目的は、請求項1の特徴を含む投影露光方法を用い、請求項6の特徴を含む投影露光装置を用い、かつ請求項11の特徴を含むレーザ放射線源及び請求項14の特徴を含む帯域幅狭化モジュールを用いて達成される。有利な発展形態を従属請求項に指定する。全ての請求項の文言は、本説明の内容に引用によって組み込まれている。   The above object uses a projection exposure method comprising the features of claim 1, uses a projection exposure apparatus comprising the features of claim 6, and includes a laser radiation source comprising the features of claim 11 and the features of claim 14. This is achieved using a bandwidth narrowing module. Advantageous developments are specified in the dependent claims. The language of all claims is incorporated by reference into the content of this description.

レーザ線のスペクトル形状の適切な設定により、すなわち、1次レーザ放射線源によって放出されるレーザ放射線のスペクトル強度分布の設定により、色収差に対するレーザ放射線源の影響と、動的スペックルの発生に対するレーザ放射線源の影響との間の均衡にターゲット方式で影響を与えることができることが認識されている。   By appropriate setting of the spectral shape of the laser line, ie by setting the spectral intensity distribution of the laser radiation emitted by the primary laser radiation source, the influence of the laser radiation source on chromatic aberration and the laser radiation on the generation of dynamic speckles. It is recognized that the balance between source effects can be influenced in a targeted manner.

レーザ線の適切なスペクトル形状の設定は、リソグラフィの装置及び工程の設計においてこれまで考慮されなかった自由度を構成する。   Setting the appropriate spectral shape of the laser line constitutes a degree of freedom not previously considered in the design of lithographic apparatus and processes.

使用されるレーザ線のスペクトル強度分布は、リソグラフィ工程に対して2つの反対の影響を有し、幅広のレーザ線は色収差を増大させ、それに対して幅狭のレーザ線は、長いコヒーレンス時間をもたらし、従って、重度の動的スペックルを招く可能性がある。これまでは、実質的に色収差のみがレーザ開発計画における推進源であった。従って、可能な最も幅狭の帯域幅を有するレーザ放射線源を開発することに少なからぬ努力が行われてきた。ここに来て、許容可能な程に小さいCD変化しか伴わずにオリジナルの真の示度を得るためには、動的スペックルを同様にかなり低減しなければならず、従って、両方の影響を考慮すべきであることが認識されている。   The spectral intensity distribution of the laser lines used has two opposite effects on the lithography process, wide laser lines increase chromatic aberration, whereas narrow laser lines result in long coherence times. Therefore, it can lead to severe dynamic speckle. So far, essentially only chromatic aberration has been the driving force in laser development projects. Therefore, considerable efforts have been made to develop laser radiation sources with the narrowest bandwidth possible. To come here and get the original true reading with an acceptable small CD change, the dynamic speckle must be reduced considerably as well, thus reducing both effects It is recognized that this should be taken into account.

上述の本発明の策定法は、工程における色収差を悪化させることなくレーザ線のスペクトル形状を調整することによって如何に動的スペックルを最小にすることができるかを説明する。この策定法は以下の通りに理解することができる。   The formulation method of the present invention described above explains how dynamic speckle can be minimized by adjusting the spectral shape of the laser line without degrading chromatic aberration in the process. This formula can be understood as follows.

I(ω)をレーザ線のスペクトル形状とする。より簡潔な表記の理由から、以下では、波長λの代わりに角周波数ωを使用する。光の速度をc0として、

Figure 0005048872
に基づくと、この場合に対応する全ての関連においてdλとdωとは比例し(da|dω|≪ω)、従って、角周波数と波長とは完全に均等な表記である。更に、以下では、レーザ線は、角周波数ω=0にその中心を有すると仮定し、これは、そうしないと以下に示す式(1)以降においてその度にω2の代わりに(ω−ω02と表記しなければならなくなるからである。 Let I (ω) be the spectral shape of the laser line. For reasons of more concise notation, the angular frequency ω is used in the following instead of the wavelength λ. Let c 0 be the speed of light,
Figure 0005048872
Based on, dλ and dω are proportional (da | dω | << ω) in all relations corresponding to this case, and therefore the angular frequency and the wavelength are completely equivalent. Furthermore, in the following, it is assumed that the laser line has its center at the angular frequency ω = 0, which is otherwise (ω−ω instead of ω 2 each time in the following equation (1) and thereafter. 0 ) because it must be expressed as 2 .

色収差(又はリソグラフィ工程における色収差の効果)は、スペクトル分布の2次モーメントに比例し、すなわち、次式が成り立つ。

Figure 0005048872
Chromatic aberration (or the effect of chromatic aberration in the lithography process) is proportional to the second moment of the spectral distribution, that is, the following equation holds.
Figure 0005048872

それとは対照的に、動的スペックルは、時間自己相関μ(Δt)によって判断される。コヒーレンス時間τは、次式によってもたらされる。

Figure 0005048872
In contrast, dynamic speckle is determined by the time autocorrelation μ (Δt). The coherence time τ is given by
Figure 0005048872

コヒーレンス時間τが小さい場合は、動的スペックルは弱くなり、これは、この場合、レーザパルス内でより静的に独立した放射線分布にわたって平均化を行うことができるからである。自己相関は、フーリエ変換(FT)を用いて正規化スペクトル強度分布から計算することができる。

Figure 0005048872
When the coherence time τ is small, the dynamic speckle is weak, because in this case, averaging can be performed over a more static independent radiation distribution within the laser pulse. The autocorrelation can be calculated from the normalized spectral intensity distribution using a Fourier transform (FT).
Figure 0005048872

公知のように、フーリエ変換は、L2ノルムを維持するので、式(2)は次式に等しい。

Figure 0005048872
As is well known, the Fourier transform maintains the L 2 norm, so equation (2) is equal to:
Figure 0005048872

従って、リソグラフィ工程では、式(1)及び式(4)が可能な限り小さいスペクトル線形状I(ω)が使用される場合に最適である。単位の観点から、無次元積ατ2が対応する変数であり、すなわち、この積ατ2が小さい程、線形状がリソグラフィ工程に一層適することは明らかである。この積は、レーザ線のスペクトル形状をパラメータ化するので、以下ではこの積を「線形状パラメータ」ατ2又は簡単に「形状パラメータ」ατ2とも呼ぶ。 Therefore, in the lithography process, the formula (1) and the formula (4) are optimal when the spectral line shape I (ω) as small as possible is used. From a unit perspective, it is clear that the dimensionless product ατ 2 is the corresponding variable, ie, the smaller the product ατ 2 , the more suitable the line shape is for the lithography process. Since this product parameterizes the spectral shape of the laser line, in the following this product will also be referred to as “line shape parameter” ατ 2 or simply “shape parameter” ατ 2 .

一部の実施形態では、線形状パラメータατ2に対して、条件ατ2<0.1が成り立つ。特に、条件ατ2≦0.09又はατ2≦0.08を満たすことができる。 In some embodiments, the condition ατ 2 <0.1 holds for the line shape parameter ατ 2 . In particular, the condition ατ 2 ≦ 0.09 or ατ 2 ≦ 0.08 can be satisfied.

背景の更なる理解のために、最初にスペクトル線の線幅及びプロフィールに関する一部の原理に対して以下に説明する。原子システムの2つのエネルギレベルの間の遷移に基づく電磁放射線の放出では、対応するスペクトル線の周波数は厳密に単波長であるわけではない。中心周波数の前後に放出強度の強度周波数分布が観察される。これらの2つの周波数の間で中心周波数に存在する強度最大値の半分まで強度が低下した周波数間隔を半値全幅(FWHM)と呼ぶ。本出願では、半値全幅に対しても「帯域幅」という用語を使用する。一般的に、半値全幅内のスペクトル範囲を線コアと呼び、それに対して線コアの外側の両側の領域を線ウイングと呼ぶ。   For a better understanding of the background, some principles regarding spectral line width and profile are first described below. For the emission of electromagnetic radiation based on a transition between two energy levels of an atomic system, the frequency of the corresponding spectral line is not strictly a single wavelength. An intensity frequency distribution of the emission intensity is observed before and after the center frequency. The frequency interval at which the intensity decreases to half the maximum intensity existing at the center frequency between these two frequencies is called the full width at half maximum (FWHM). In this application, the term “bandwidth” is also used for the full width at half maximum. Generally, the spectral range within the full width at half maximum is called a line core, and the regions on both sides outside the line core are called line wings.

励起された原子の電子は、その励起エネルギを再度電磁放射線の形態で放出することができる(自然放出)。自然放出中には、原子は厳密に単波長の放射線を放出せず、放出される放射線は、周波数に依存する内部分布を有する。外部からの影響がない場合には、原子は、ローレンツプロフィールによって表されるいわゆる「自然線形状」を有する放射線を放出する。ローレンツプロフィールの半値全幅は、放出工程の自然線幅である。   The excited atoms' electrons can emit their excitation energy again in the form of electromagnetic radiation (spontaneous emission). During spontaneous emission, atoms do not emit strictly single wavelength radiation, and the emitted radiation has an internal distribution that is frequency dependent. In the absence of external influences, the atoms emit radiation having a so-called “natural line shape” represented by a Lorentz profile. The full width at half maximum of the Lorentz profile is the natural line width of the release process.

しかし、レーザ物理学の分野では、ローレンツプロフィールは、線の中心の直近、すなわち、中心周波数の前後で有効な大雑把な近似でしかない。レーザ物理学で広く使用される実際的な手法は、異なるレーザ線形状の比較において実際的な基準として機能することができる修正ローレンツ曲線のものである。これに対しては、好ましい例示的な実施形態の説明においてより詳細に以下に説明する。   However, in the field of laser physics, the Lorentz profile is only a rough approximation that is valid in the immediate vicinity of the center of the line, ie around the center frequency. A practical approach widely used in laser physics is that of a modified Lorentz curve that can serve as a practical reference in comparing different laser line shapes. This is described in more detail below in the description of the preferred exemplary embodiment.

修正ローレンツ曲線の場合の線形状パラメータと比較しての線形状パラメータατ2の有意な低減は、スペクトル強度分布I(ω)が幅σのガウス曲線に実質的に対応する場合に得ることができ、ガウス曲線の場合は、α=σ2/2及び
τ=1/(√2π σ)
が成り立つ。特に、ガウス曲線を測定強度プロフィールに当て嵌める上で小さい偏位又は誤差、例えば、10%よりも小さく、8%よりも小さく、5%よりも小さく、又は2%よりも小さい誤差しかもたらされない場合には、スペクトル強度分布I(ω)は、ガウス曲線に実質的に対応する。
A significant reduction of the line shape parameter ατ 2 compared to the line shape parameter for the modified Lorentz curve can be obtained when the spectral intensity distribution I (ω) substantially corresponds to a Gaussian curve of width σ. , in the case of a Gaussian curve, α = σ 2/2 and τ = 1 / (√2π σ)
Holds. In particular, a small deviation or error in fitting a Gaussian curve to the measured intensity profile, such as less than 10%, less than 8%, less than 5%, or less than 2%. The spectral intensity distribution I (ω) substantially corresponds to a Gaussian curve.

スペクトル強度分布I(ω)が実質的に放物線形状を有する場合には、線形状パラメータατ2の更なる低減が可能である。特に、放物線を測定強度プロフィールに当て嵌める上で、小さい偏位又は誤差、例えば、15%よりも小さく、10%よりも小さく、8%よりも小さく、5%よりも小さく、又は2%よりも小さい誤差しかもたらされない場合には、スペクトル強度分布I(ω)は、放物線形状に実質的に対応する。ガウス曲線又は修正ローレンツ曲線と比較して、放物線形状の場合には、同様に線ウイングの領域内に低い放射線エネルギしか存在せず、それに応じて線コアの領域内に高い放射線エネルギが存在し、これは、色収差及びスペックルに関する最適化に好適であることを明らかにしている。特に、放物線強度プロフィールの側稜は、プロフィールI(ω)内にいかなる屈曲点も持たず、それによって放物線分布の場合は線コア領域内に比較的大きいエネルギ量が存在し、線ウイングの領域内に比較的小さいエネルギが存在することが非常に明確になる。 If the spectral intensity distribution I (ω) has a substantially parabolic shape, the line shape parameter ατ 2 can be further reduced. In particular, in fitting the parabola to the measured intensity profile, small deviations or errors, eg, less than 15%, less than 10%, less than 8%, less than 5%, or less than 2% If only a small error is produced, the spectral intensity distribution I (ω) substantially corresponds to the parabolic shape. Compared to a Gaussian curve or a modified Lorentz curve, in the case of a parabolic shape, there is likewise only a low radiation energy in the region of the line wing, and accordingly a high radiation energy in the region of the line core, This proves that it is suitable for optimization concerning chromatic aberration and speckle. In particular, the side edges of the parabola intensity profile do not have any inflection points in the profile I (ω), so that in the case of a parabola distribution there is a relatively large amount of energy in the line core region and within the region of the line wing It is very clear that there is relatively little energy in

本発明は、条件ατ2≦0.3が成り立つレーザ放射線を放出するための1次レーザ放射線源を含む投影露光装置にも関する。 The invention also relates to a projection exposure apparatus including a primary laser radiation source for emitting laser radiation for which the condition ατ 2 ≦ 0.3.

本発明は、条件ατ2≦0.3が成り立つレーザ放射線を放出するためのレーザ放射線源にも関する。 The invention also relates to a laser radiation source for emitting laser radiation for which the condition ατ 2 ≦ 0.3.

本発明は、レーザ放射線源のための帯域幅狭化モジュールであって、この帯域幅狭化モジュールが装備されたレーザ放射線源が、条件ατ2≦0.3が成り立つレーザ放射線を放出するように設計された帯域幅狭化モジュールにも関する。 The present invention is a bandwidth narrowing module for a laser radiation source, such that a laser radiation source equipped with this bandwidth narrowing module emits laser radiation for which the condition ατ 2 ≦ 0.3. It also relates to the designed bandwidth narrowing module.

上述の特徴及び更に別の特徴は、特許請求の範囲からだけではなく本説明及び図面からも明らかになり、個々の特徴は、各場合にこれらの特徴自体で、又は本発明の実施形態及び他の分野における複数の部分組合せの形態として達成することができ、有利で本質的に保護対象とすることができる実施形態を為すことができる。本発明の例示的な実施形態を図面内に例示し、下記でより詳細に説明する。   The features described above and further features will become apparent not only from the claims but also from the description and the drawings, and the individual features may in each case be these features themselves or the embodiments and others of the invention. Embodiments can be achieved that can be achieved in the form of a plurality of subcombinations in the field, and that can be advantageously and essentially protected. Exemplary embodiments of the present invention are illustrated in the drawings and are described in more detail below.

マイクロリソグラフィのための投影露光装置の構成の概略図である。It is the schematic of the structure of the projection exposure apparatus for microlithography. レーザのスペクトル線プロフィールの概略図である。1 is a schematic diagram of a spectral line profile of a laser. FIG. 完全には色補正されていない投影対物系を使用する場合の焦点位置に対するレーザ放射線源の有限スペクトル帯域幅の影響の図である。FIG. 6 is a diagram of the effect of the finite spectral bandwidth of a laser radiation source on the focal position when using a projection objective that is not fully color corrected. 従来のレーザのレーザ放射線のスペクトル特性に関するグラフである。It is a graph regarding the spectrum characteristic of the laser radiation of the conventional laser. レーザ放射線の異なる可能なスペクトル線形状の概略図である。FIG. 4 is a schematic diagram of different possible spectral line shapes of laser radiation. 帯域幅狭化モジュールを有するエキシマレーザの構成の概略図である。It is the schematic of the structure of the excimer laser which has a bandwidth narrowing module.

図1は、半導体構成要素及び他の微細構造デバイスの製造に対して使用することができ、マイクロメートルの数分の1まで細かい解像度を得るために深紫外範囲(VUV)からの光又は電磁放射線を用いて作動するマイクロリソグラフィ投影露光装置の例100を示している。約193nmの作動波長を有するArFエキシマレーザが1次光源102として機能し、このレーザの直線偏光レーザビームは、照明系190内に、照明系の光軸103に対して同軸に取り込まれる。他のUVレーザ放射線源、例えば、157nmの作動波長を有するF2レーザ、又は248nmの作動波長を有するKrFエキシマレーザも同様に可能である。 FIG. 1 can be used for the manufacture of semiconductor components and other microstructured devices, and light or electromagnetic radiation from the deep ultraviolet range (VUV) to obtain fine resolutions down to a fraction of a micrometer. 1 shows an example 100 of a microlithographic projection exposure apparatus that operates using An ArF excimer laser having an operating wavelength of about 193 nm functions as the primary light source 102, and the linearly polarized laser beam of this laser is taken into the illumination system 190 coaxially with the optical axis 103 of the illumination system. Other UV laser radiation sources are also possible, for example an F 2 laser having an operating wavelength of 157 nm, or a KrF excimer laser having an operating wavelength of 248 nm.

光源102からの偏光光は最初に、例えば、コヒーレンスを低減し、ビーム断面を拡大するように機能するビーム拡大器104内に入射する。拡大されたレーザビームは、瞳成形ユニット150内に入射し、瞳成形ユニット150は、複数の光学構成要素及び光学群を含み、時として2次光源又は「照明瞳」とも呼ぶ定められた局所(2次元)照明強度分布を下流にある照明系190の瞳成形面110内に生成するように設計される。瞳成形面110は、照明系の瞳面である。   The polarized light from the light source 102 is initially incident into a beam expander 104 that functions, for example, to reduce coherence and expand the beam cross section. The expanded laser beam is incident into a pupil shaping unit 150, which includes a plurality of optical components and optical groups, and a defined local (sometimes referred to as a secondary light source or “illumination pupil”). It is designed to generate a (two-dimensional) illumination intensity distribution in the pupil shaping surface 110 of the illumination system 190 downstream. The pupil shaping surface 110 is a pupil surface of the illumination system.

瞳成形ユニット150は、瞳成形ユニットの駆動に依存して異なる局所照明強度分布(すなわち、異なる構造化2次光源)を設定することができるように可変方式で設定することができる。図1は、円形照明瞳の様々な照明、すなわち、中心に位置した円形の照明スポットを有する従来設定CON、二重極照明DIP、又は四重極照明QUADを例示的に略示している。   The pupil shaping unit 150 can be set in a variable manner so that different local illumination intensity distributions (ie different structured secondary light sources) can be set depending on the drive of the pupil shaping unit. FIG. 1 schematically shows various illuminations of a circular illumination pupil, namely a conventional setting CON, a dipole illumination DIP or a quadrupole illumination QUAD with a centrally located circular illumination spot.

瞳成形面110の直近には、光学ラスタ要素109が配置される。光学ラスタ要素109の下流に配置された結合光学ユニット125は、光を中間像平面121上に伝達し、中間像平面121内には調節可能な視野絞りとして機能するレチクル/マスクシステム(REMA)122が配置される。視野定義要素FDEとも呼ぶ光学ラスタ要素109は、回折光学要素又は屈折光学要素の2次元配列を有し、入射する放射線が、下流の結合光学ユニット125を通過した後に視野平面121の領域内に矩形照明視野を成形するようにこの入射放射線を成形する。更に、放射線は、部分ビーム束の重ね合わせによって均一化され、従って、FEDは、視野成形及び均一化要素として機能する。   An optical raster element 109 is disposed in the immediate vicinity of the pupil shaping surface 110. A combined optical unit 125 disposed downstream of the optical raster element 109 transmits light onto the intermediate image plane 121 and within the intermediate image plane 121 acts as a reticle / mask system (REMA) 122 that functions as an adjustable field stop. Is placed. The optical raster element 109, also referred to as the field definition element FDE, has a two-dimensional array of diffractive or refractive optical elements, and the incident radiation is rectangular within the region of the field plane 121 after passing through the downstream coupling optical unit 125. The incident radiation is shaped to shape the illumination field. Furthermore, the radiation is homogenized by the superposition of the partial beam bundles, so the FED functions as a field shaping and homogenizing element.

下流の結像対物系140(REMA対物系とも呼ぶ)は、視野絞り122を有する中間視野平面121をレチクル160(マスク、リソグラフィのオリジナル)上に、例えば、2:1と1:5の間にあるとすることができ、この実施形態では約1:1であるスケールで結像する。   The downstream imaging objective 140 (also called REMA objective) has an intermediate field plane 121 with a field stop 122 on the reticle 160 (mask, lithography original), for example between 2: 1 and 1: 5. There may be, and in this embodiment the image is on a scale that is approximately 1: 1.

レーザ102から光を受光し、この光から、レチクル160上にもたらされる照明放射線を成形する光学構成要素は、投影露光装置の照明系190に属する。   The optical components that receive light from the laser 102 and shape the illumination radiation that is provided on the reticle 160 from this light belong to the illumination system 190 of the projection exposure apparatus.

照明系の下流には、レチクル上に配置されたパターンが投影対物系170の物体平面165内に位置し、スキャナ作動においてこのパターンをこの平面内で走査駆動体を用いて光軸103(z方向)に対して垂直な走査方向(y方向)に移動させることができるようにレチクル160を担持及び操作するためのデバイス171が配置される。   Downstream of the illumination system, a pattern arranged on the reticle is located in the object plane 165 of the projection objective 170, and this pattern is scanned in this plane by using a scanning driver in the plane of the optical axis 103 (z direction). A device 171 for carrying and manipulating the reticle 160 is arranged so that it can be moved in a scanning direction (y direction) perpendicular to.

レチクル平面165の下流には、縮小対物系として機能し、マスク160上に配置されたパターンの像を縮小スケール、例えば、1:4又は1:5のスケールで、フォトレジスト層で被覆されたウェーハ180上に結像する投影対物系170が続き、このウェーハの感光面は、投影対物系170の像平面175内に位置する。屈折、反射屈折、又は反射の投影対物系が可能である。他の縮小スケール、例えば、1:20又は1:200まで高い縮小が可能である。   Downstream of the reticle plane 165 is a wafer that functions as a reduction objective and the image of the pattern placed on the mask 160 is coated with a photoresist layer on a reduced scale, eg, 1: 4 or 1: 5 scale. A projection objective 170 imaging on 180 follows, and the photosensitive surface of this wafer is located in the image plane 175 of the projection objective 170. Refraction, catadioptric or reflective projection objectives are possible. Other reduction scales are possible, for example high reductions up to 1:20 or 1: 200.

この例の場合は半導体ウェーハ180である露光される基板は、ウェーハをレチクル160と同期して光軸と垂直に移動させるためのスキャナ駆動体を含むデバイス181によって担持される。投影対物系170の設計(例えば、屈折、反射屈折、又は反射、中間像なし又は中間像あり、折り返し又は折り返しなし)に基づいて、これらの移動は、互いと平行又は反平行の方式で行うことができる。「ウェーハ台」とも呼ぶデバイス181及び「レチクル台」とも呼ぶデバイス171は、走査制御デバイスを用いて制御されるスキャナデバイスの一部である。   In this example, the substrate to be exposed, which is a semiconductor wafer 180, is carried by a device 181 that includes a scanner driver for moving the wafer in synchronism with the reticle 160 and perpendicular to the optical axis. Based on the design of the projection objective 170 (eg, refraction, catadioptric or reflection, no intermediate image or intermediate image, no fold or no fold), these movements should be performed in a parallel or anti-parallel manner to each other. Can do. A device 181, also called a “wafer stage”, and a device 171, also called a “reticle stage”, are part of a scanner device that is controlled using a scanning control device.

瞳成形面110は、最も近い下流の瞳面145及び投影対物系170の像側瞳面172に対して光学的に共役な位置、又はその近くに位置する。その結果、投影対物系の瞳172内の空間(局所)光分布は、照明系の瞳成形面110内の空間光分布(空間分布)によって判断される。瞳面110、145、172の間には、それぞれの瞳面に対するフーリエ変換面である視野面が光学ビーム経路にそれぞれ位置する。これは、特に、瞳成形面110内の照明強度の定められた空間分布が、下流の視野面121の領域内に照明放射線の特定の角度分布を生成し、更にこの角度分布がレチクル160上に入射する照明放射線の特定の角度分布に対応することを意味する。   The pupil shaping surface 110 is located at or near the optically conjugate position with respect to the nearest downstream pupil surface 145 and the image side pupil surface 172 of the projection objective 170. As a result, the spatial (local) light distribution in the pupil 172 of the projection objective is determined by the spatial light distribution (spatial distribution) in the pupil shaping surface 110 of the illumination system. Between the pupil planes 110, 145, and 172, a field plane that is a Fourier transform plane for each pupil plane is positioned in the optical beam path. In particular, the defined spatial distribution of illumination intensity in the pupil shaping surface 110 produces a specific angular distribution of illumination radiation in the region of the downstream field plane 121, and this angular distribution is further on the reticle 160. It means to correspond to a specific angular distribution of incident illumination radiation.

レーザ放射線源102は、波長λ又は角周波数ωに依存する特定のスペクトル強度プロフィールI(ω)を有するレーザ放射線を放出する。完全には色補正されない投影対物系を使用する場合の像品質に対する有限の帯域幅を有する光源の使用効果を図2を参照して概略的に説明する。   The laser radiation source 102 emits laser radiation having a specific spectral intensity profile I (ω) that depends on the wavelength λ or the angular frequency ω. The effect of using a light source with a finite bandwidth on the image quality when using a projection objective that is not fully color corrected is schematically described with reference to FIG.

この目的のために、図2Aは、レーザ放射源LSのスペクトル強度プロフィールI(ω)を略示している。強度の最大値I0は、中心周波数ω0にある。2つの周波数ω1とω2の間で強度が最大値の半分まで低下した周波数間隔Δω=|ω2−ω1|を半値全幅(FWHM)と呼ぶ。レーザ線が、異なる強度で合計信号に寄与する異なる波長を含むことは明らかである。半値全幅内のスペクトル範囲を線コアとも呼び、外側の領域を線ウイングと呼ぶ。 For this purpose, FIG. 2A schematically shows the spectral intensity profile I (ω) of the laser radiation source LS. The maximum intensity value I 0 is at the center frequency ω 0 . The frequency interval Δω = | ω 2 −ω 1 | in which the intensity decreases to half of the maximum value between the two frequencies ω 1 and ω 2 is called a full width at half maximum (FWHM). It is clear that the laser lines contain different wavelengths that contribute to the total signal at different intensities. The spectral range within the full width at half maximum is also called the line core, and the outer region is called the line wing.

図2Bは、光軸OAに関して同軸に配置された2つのレンズ要素L1、L2を有する投影対物系POを略示しており、この投影対物系POは、投影対物系の物体平面OS内に置かれたパターンPATを物体平面に対して光学的に共役な像面ISの領域内に結像する結像システムを表す。開口絞りASは、結像の有効像側開口数NAを定め、対物系の瞳面の近くに配置される。マスクのパターンPATを照明系によって供給される照明光を光軸に沿って0次の回折次数に回折し、開口絞りによいって境界が定められるビーム経路の外縁において−1次の回折次数と+1次の回折次数とに回折する回折格子として略示している。   FIG. 2B schematically shows a projection objective PO having two lens elements L1, L2 arranged coaxially with respect to the optical axis OA, which projection objective PO is placed in the object plane OS of the projection objective. An image forming system that forms an image of the pattern PAT in the region of the image plane IS optically conjugate with the object plane is shown. The aperture stop AS defines an effective image-side numerical aperture NA for imaging, and is disposed near the pupil plane of the objective system. The illumination light supplied from the illumination system is diffracted to the 0th diffraction order along the optical axis by the mask pattern PAT, and the -1st diffraction order at the outer edge of the beam path delimited by the aperture stop. It is schematically shown as a diffraction grating that diffracts to the + 1st order diffraction order.

広帯域レーザ放射線源LSは、異なる強度を有する異なる波長を有する放射線を放出し、可視スペクトル範囲の光の色に従って平均波長を「green(緑)」の「g」と呼び、最も長い波長を「red(赤)」の「r」と呼び、最も短い波長を「blue(青)」の「b」と呼ぶ。それに応じて、260nmよりも短い深紫外範囲からの波長における比を当て嵌めなければならないことは言うまでもない。色補正不足のシステムの場合には、比較的最も短い波長(b)の焦点面が光学系の近くに位置し、それに対して比較的長い波長(g)及び(r)は、投影対物系から次第に遠くに離れて集束される。しかし、露光される基板、例えば、半導体ウェーハは、正確に波長のうちの1つだけに関する集束領域内にしか誘導することができず、この場合、他の波長の焦点位置は、露光される面から外れて位置する。   The broadband laser radiation source LS emits radiation having different wavelengths with different intensities, and according to the light color in the visible spectral range, the average wavelength is called “green” “g” and the longest wavelength is “red” “Red” ”is called“ r ”, and the shortest wavelength is called“ blue ”“ b ”. Accordingly, it goes without saying that a ratio in the wavelength from the deep ultraviolet range shorter than 260 nm must be applied. In the case of a system with insufficient color correction, the focal plane of the relatively shortest wavelength (b) is located close to the optical system, whereas the relatively long wavelengths (g) and (r) are Gradually focused further away. However, the substrate to be exposed, e.g. a semiconductor wafer, can only be guided into the focusing region for exactly one of the wavelengths, in this case the focal position of the other wavelengths is the surface to be exposed. It is located away from.

焦点位置は、1次近似では波長に対して線形に変化する(色補正された対物系の場合には、この効果は、波長に対して2次関数にしかならない)。それに応じて限界寸法の変化(ΔCD)は、波長の変化に対して2次関数的に立ち上がる。これから、色収差又はリソグラフィ工程におけるその効果は、本出願の目的では、次式が成り立つ収差パラメータαによってパラメータ化され、スペクトル分布の2次モーメントに比例することは明らかである。

Figure 0005048872
The focal position varies linearly with wavelength in a first order approximation (in the case of a color-corrected objective, this effect is only a quadratic function with respect to wavelength). Accordingly, the critical dimension change (ΔCD) rises in a quadratic function with respect to the wavelength change. From this it is clear that for the purposes of the present application, the chromatic aberration or its effect in the lithographic process is parameterized by the aberration parameter α, where:
Figure 0005048872

ここで詳細に説明する焦点位置の波長依存性と共に、色収差は、拡大スケールの波長依存性も含む。この効果も、収差パラメータαに包含される。   Along with the wavelength dependence of the focal position described here in detail, the chromatic aberration includes the wavelength dependence of the enlargement scale. This effect is also included in the aberration parameter α.

ここで考察するリソグラフィ工程に影響を与える第2の影響変数は、動的スペックルである。スペックルは、レーザビームの異なる部分の間の無制御又は制御不能の干渉の結果として発生する。干渉は、いくつかの位置において光の消失をもたらし、この消失は100%のコントラストに対応する。スペックルパターンの正確な形状は、時間と共に変化するレーザビームの異なる部分の位相関係に依存する。技術文献ではこれらの時間的な強度変動を「時間スペックル」又は「動的スペックル」と呼ぶ。これらの場合にコントラストを低減するための唯一の可能性がレーザパルス持続時間にわたる多くの異なるスペックルパターンの重ね合わせにあることを考慮に入れると、どれ程高速にスペックルパターンが変化するかという疑問がもたらされる。独立したスペックルパターン数は、レーザパルスの持続時間をレーザ放射線の位相相関時間で割算することからもたらされる。一方、相関時間は、レーザ放射線内の光の異なる周波数からもたらされ、すなわち、放出強度スペクトルの線形状に関連する。本出願の目的では、この相関時間又はコヒーレンス時間τは、次式からもたらされる。

Figure 0005048872
The second influential variable that affects the lithography process considered here is dynamic speckle. Speckle occurs as a result of uncontrolled or uncontrollable interference between different parts of the laser beam. Interference results in the loss of light at several locations, which corresponds to 100% contrast. The exact shape of the speckle pattern depends on the phase relationship of the different parts of the laser beam that change over time. In technical literature, these temporal intensity fluctuations are called “temporal speckles” or “dynamic speckles”. Taking into account that the only possibility to reduce contrast in these cases is the superposition of many different speckle patterns over the duration of the laser pulse, how fast the speckle pattern changes Question is brought. The number of independent speckle patterns results from dividing the duration of the laser pulse by the phase correlation time of the laser radiation. On the other hand, the correlation time comes from different frequencies of light in the laser radiation, i.e. it relates to the line shape of the emission intensity spectrum. For the purposes of this application, this correlation time or coherence time τ is derived from:
Figure 0005048872

上述の式は、光源の時間コヒーレンスとそのスペクトル帯域幅の間に関係が存在することを示している。両方の変数が有効に定められた場合には、これらの変数が互いに反比例することは明らかである。更に別のより徹底した分析は、光源によって放出される放射線のスペクトル形状もこの関係に影響を与えることを示している。   The above equation shows that a relationship exists between the temporal coherence of the light source and its spectral bandwidth. Obviously, if both variables are defined effectively, they are inversely proportional to each other. Yet another more thorough analysis shows that the spectral shape of the radiation emitted by the light source also affects this relationship.

収差パラメータαは、帯域幅の二乗に比例し、それに対してコヒーレンス時間τは、帯域幅の逆数に比例する。この洞察からの1つの重要な結論は、積ατ2が帯域幅には依存しないことである。更に、これは、色収差に対する放射線源の影響と動的スペックルの生成に対する放射線源の影響との間の最適化を得るためにリソグラフィ工程のためのレーザ放射線源の帯域幅を技術パラメータに基づいて選択することができ、線形状パラメータατ2を用いてパラメータ化されるスペクトル線形状が自由パラメータのままに留まることを意味する。 The aberration parameter α is proportional to the square of the bandwidth, whereas the coherence time τ is proportional to the reciprocal of the bandwidth. One important conclusion from this insight is that the product ατ 2 is independent of bandwidth. Furthermore, this is based on the technical parameters of the bandwidth of the laser radiation source for the lithography process in order to obtain an optimization between the influence of the radiation source on chromatic aberration and the influence of the radiation source on the generation of dynamic speckles. This means that the spectral line shape that can be selected and parameterized with the line shape parameter ατ 2 remains a free parameter.

次に、以下において、様々なレーザ線形状に対して線形状パラメータのマグニチュードをより詳細に説明する。   Next, the magnitude of the line shape parameters for various laser line shapes will be described in more detail below.

多くの場合に、専門書では、レーザ線のスペクトル形状がローレンツプロフィールであると説明されている。

Figure 0005048872
In many cases, technical books describe that the spectral shape of the laser line is a Lorentz profile.
Figure 0005048872

しかし、これは、線の中心の直近で有効な大雑把な近似でしかない。レーザ物理学で広く使用されるより好ましい手法は、修正ローレンツ曲線のものである。

Figure 0005048872
However, this is only a rough approximation that is valid in the immediate vicinity of the center of the line. A more preferred technique widely used in laser physics is that of a modified Lorentz curve.
Figure 0005048872

色収差αが発散しないように、すなわち、光学リソグラフィが完全に可能であるためには、ν>3であることが必要である。この場合、色収差に対しては次式が成り立ち、

Figure 0005048872
かつ、コヒーレンス時間に対しては次式が成り立つことは明らかである。
Figure 0005048872
It is necessary that ν> 3 so that the chromatic aberration α does not diverge, that is, in order that optical lithography is completely possible. In this case, the following equation holds for chromatic aberration:
Figure 0005048872
It is obvious that the following equation holds for the coherence time.
Figure 0005048872

νに対する値は、FWHM(半値全幅)及びE95値(エネルギの95%がこの周波数範囲にある)から計算することができる。この場合、これらの値は、分光測定技術を通じて入手可能である。   The value for ν can be calculated from the FWHM (full width at half maximum) and the E95 value (95% of the energy is in this frequency range). In this case, these values are available through spectroscopic techniques.

基準レーザとしてのXLA−360に関する測定データから、例えば、ν=3.2であることが見出されている。線形状パラメータατ2をνの関数としてプロットすると、図3に示す曲線がもたらされる。点は、ατ2=0.38という線形状パラメータの値に対応する市販の「実際の」レーザの値ν=3.2を印している。ν→∞におけるατ2の限界は、ατ2=1/12(又はατ2≒0.083)であり、従って、ν=4.5を超えては僅かな改善しか得ることができない。 From the measurement data for XLA-360 as a reference laser, it has been found that, for example, ν = 3.2. Plotting the line shape parameter ατ 2 as a function of ν yields the curve shown in FIG. The point marks the commercially available “real” laser value ν = 3.2 corresponding to the value of the linear shape parameter ατ 2 = 0.38. The limit of ατ 2 at ν → ∞ is ατ 2 = 1/12 (or ατ 2 ≈0.083), and therefore only a slight improvement can be obtained beyond ν = 4.5.

従って、想定可能なスペクトル線形状として修正ローレンツ関数に限定された場合であっても、ατ2は、基準レーザに対して3倍よりも大きく改善することができる。 Therefore, even when the assumed spectral line shape is limited to the modified Lorentz function, ατ 2 can be improved more than three times with respect to the reference laser.

他のスペクトル線形状、特に放物線形状が可能な場合には、より良好な改善が更に可能であり、これに対して以下に説明する。   If other spectral line shapes are possible, especially parabolic shapes, better improvements are possible further, as will be described below.

市販の異なるレーザに対して、νに対する異なる指示、正確にはν=3.2からν=3.75の範囲の指示が存在する。これらの相違点は、レーザには部分的に帰することしかできず、他の部分に関しては測定及び評価に帰することができると仮定する。従って、個々のレーザの改善の可能性が実際には如何に大きいかを評価する段階が残る。XLA−360に対して測定されたレーザ分布の直接積分は、ατ2≒0.26をもたらし、それに対してνの計算当て嵌めによる迂回は、約ατ2=0.36をもたらした(図3を参照されたい)。 For different commercially available lasers, there are different indications for ν, precisely in the range of ν = 3.2 to ν = 3.75. It is assumed that these differences can only be partly attributed to the laser and can be attributed to measurement and evaluation with respect to the other parts. Thus, there remains a stage to evaluate how great the potential for individual laser improvement is in practice. The direct integration of the measured laser distribution for XLA-360 resulted in ατ 2 ≈0.26, whereas the bypass by calculation fit for ν resulted in about ατ 2 = 0.36 (FIG. 3). See).

これらの数値は、修正ローレンツ関数では限界値1/12≒0.083、及び放物線形状では9/125≒0.072と比較すべきである。   These numbers should be compared to the limit value 1 / 12≈0.083 for the modified Lorentz function and 9 / 125≈0.072 for the parabolic shape.

本発明の利点をいくらかより明確にするために、ここで図4を参照して簡単な例を以下に示す。   To make the advantages of the invention somewhat clearer, a simple example will now be given with reference to FIG.

図4Aに示している線形状I(ω)を幅Δを有する(スペクトル)平頂形であると考えることにする。つまり、これは、式(1)からα=Δ2/12がもたらされ、式(4)からτ=1/Δがもたらされる場合である。従って、積又は線形状パラメータは、ατ2=1/12(≒0.083)である。 The line shape I (ω) shown in FIG. 4A is considered to be a (spectrum) flat top having a width Δ. In other words, this is, α = Δ 2/12 from equation (1) is brought, the case where tau = 1 / delta is brought from the equation (4). Therefore, the product or line shape parameter is ατ 2 = 1/12 (≈0.083).

代わりに、I(ω)において幅σを有するガウス曲線(周波数の関数としての)を仮定すると(図4B)、式(1)からα=σ2/2がもたらされ、式(4)からは、
τ = 1/[√(2π)σ]
がもたらされる。従って、積又は線形状パラメータατ2は、ατ2=1/(4Π)≒0.080である。
Alternatively, assuming a Gaussian curve (as a function of frequency) having a width sigma in I (omega) (FIG. 4B), is α = σ 2/2 from equation (1) brought, from equation (4) Is
τ = 1 / [√ (2π) σ]
Is brought about. Therefore, the product or line shape parameter ατ 2 is ατ 2 = 1 / (4Π) ≈0.080.

従って、積ατ2は、平頂形よりもガウス曲線において幾分小さい。従って、一定の色収差の場合には、ガウス曲線において幾分短いコヒーレンス長、従って、より少ないスペックルを得ることができる。代替的に、同じスペックルの場合には、平頂形の代わりにガウス曲線が使用されると色収差を低減することができる。言い換えれば、従来のシステム及び方法と比較して像生成に対する時間変化スペックルの影響を低減し、同時に像生成に対する色収差の影響を拡大させないことが重要である場合には、平頂形よりもガウス分布状を有するレーザ線が光学リソグラフィに適している。 Thus, the product ατ 2 is somewhat smaller in the Gaussian curve than the flat top shape. Thus, in the case of constant chromatic aberration, a somewhat shorter coherence length in the Gaussian curve, and hence less speckle, can be obtained. Alternatively, for the same speckle, chromatic aberration can be reduced if a Gaussian curve is used instead of a flat top. In other words, if it is important to reduce the effect of time-varying speckle on image generation compared to conventional systems and methods, and at the same time not to increase the effect of chromatic aberration on image generation, it is more gauss than flat-topped. A laser beam having a distributed shape is suitable for optical lithography.

式(1)及び式(4)による積ατ2を最小にすることを意図するという条件は、数学的に明確に定められる問題をもたらす。次式の最適化された線形状は、モンテカルロシミュレーションを用いて判断したものである。この最適化された変形におけるレーザ線は、切除された放物線の形状を有する(同様に図4Cを参照されたい)。

Figure 0005048872
The condition that the product ατ 2 according to equations (1) and (4) is intended to be minimized leads to problems that are clearly defined mathematically. The optimized line shape of the following equation is determined by using Monte Carlo simulation. The laser line in this optimized deformation has the shape of a truncated parabola (see also FIG. 4C).
Figure 0005048872

この曲線形状では、α=Δ2/5及びτ=3/(5Δ)であり、得られる積ατ2は、ατ2=9/125であり、ατ2≒0.072に対応する。従って、異なる曲線形状における積(線形状パラメータ)は以下の通りである。
平頂形:ατ2=1/12≒0.083
ガウス曲線:ατ2=1/(4Π)≒0.080
放物線形状:ατ2=9/125≒0.072
In this curve shape, α = Δ2 / 5 and τ = 3 / (5Δ), and the resulting product ατ 2 is ατ 2 = 9/125, corresponding to ατ 2 ≈0.072. Accordingly, the products (line shape parameters) in different curve shapes are as follows.
Flat top: ατ 2 = 1 / 12≈0.083
Gaussian curve: ατ 2 = 1 / (4Π) ≒ 0.080
Parabolic shape: ατ 2 = 9 / 125≈0.072

従って、放物線形状は、ガウス分布又は平頂形分布よりも実際に良好である。   Thus, the parabolic shape is actually better than the Gaussian or flat top distribution.

これらの例は、ここで説明する問題において強度プロフィールの側稜の領域内で何が起こるかが重要であることを示している。例えば、側稜内の合計エネルギの1%がシフトした場合には、このシフトは、線コア内の合計エネルギの1%がシフトした場合よりも大きい桁の影響を有する。従って、レーザ線形状は、可能な最小の側稜寄与を有さねばならず、ここで「側稜」という用語は、実質的に線コアと線ウイングの間の移行領域を表す。この意味で、ガウス曲線は、放物線よりも幅広の側稜を有し、ガウス曲線の場合は、理論的に側稜は無限大に進み、それに対して放物線の場合は有限の広がりしか持たない。それとは対照的に、平頂形の場合のように側稜が完全に切除された場合には、今度はコアの一部が側稜になり、これは、結局、外側にあるあらゆるものが一種の側稜であることによるものである。従って、平頂形の場合には、非常に高い強度を有する領域が側稜になる。従って、放物線は、根底にある問題を有する背景に対する非常に良好な妥協点である。   These examples illustrate the importance of what happens in the region of the side edge of the intensity profile in the problem described here. For example, if 1% of the total energy in the side ridge is shifted, this shift has a greater order of influence than if 1% of the total energy in the line core is shifted. Thus, the laser line shape must have the smallest possible side edge contribution, where the term “side edge” substantially represents the transition region between the line core and the line wing. In this sense, a Gaussian curve has side edges that are wider than a parabola, and in the case of a Gaussian curve, the side edges theoretically go to infinity, whereas in the case of a parabola, it has only a finite extent. In contrast, when the side ridge is completely excised, as in the case of a flat top, this time, part of the core becomes a side ridge, which in the end is everything on the outside. It is because it is a side ridge. Therefore, in the case of a flat top shape, a region having very high strength becomes a side ridge. The parabola is therefore a very good compromise against the background with the underlying problem.

図5を参照して、エキシマレーザの場合にスペクトル線形状に影響を与えるための1つの可能性を例に基づいて以下に提供する。エキシマレーザは、現在DUV及びVUVの範囲のマイクロリソグラフィにおいて主に使用される1次光源である。エキシマレーザは、多くの異なる空間モードで振動し、他の種類のレーザと比較して低い程度の空間コヒーレンスを有する。更に、比較的幅広のスペクトルが放出され、これは低い時間コヒーレンスを意味する。更に別のファクタは、UV範囲の従来の非レーザ光源の場合よりも大きく高い放出電力である。エキシマレーザの自然帯域幅は、数百pmの範囲にある可能性があり、従って、マイクロリソグラフィに適する幅狭の帯域幅をもたらすためには、大きく狭化すべきである。従って、マイクロリソグラフィのためのエキシマレーザには、いわゆる帯域幅狭化モジュールが装備される。図5に記載のレーザ放射線源の場合には、帯域幅狭化モジュール510は、レーザの共振器の後方終端器を形成し、放出されたレーザ放射線の帯域幅を波長選択性反射によって低減する機能を有する。増幅又はガス放電チャンバ520の後側取り出し窓に隣接するのは、順に背後に位置する4つの適切に配置されたプリズムを含むビーム拡大ユニット512である。拡大されたレーザビームは、リトロー構成にあるエシェル格子530上に入射し、それによって入射する拡大済みレーザビームが、それ自体の上に反射されるようにする。この基本構造はそれ自体公知である。この場合レーザのスペクトル線プロフィールは、実質的にエシェル格子530のスペクトル反射率によって判断される。格子のブレーズ回折則又はあらゆる他の手法を用いて、射出するレーザビーム550において望ましいスペクトル強度分布をもたらすように、製造中に格子の高さプロフィールを定めることができる。   With reference to FIG. 5, one possibility for influencing the spectral line shape in the case of an excimer laser is provided below by way of example. Excimer lasers are the primary light source used primarily in microlithography currently in the DUV and VUV range. Excimer lasers oscillate in many different spatial modes and have a low degree of spatial coherence compared to other types of lasers. In addition, a relatively broad spectrum is emitted, which means low temporal coherence. Yet another factor is a larger and higher emission power than with conventional non-laser light sources in the UV range. The natural bandwidth of an excimer laser can be in the range of a few hundred pm, and therefore should be greatly narrowed to provide a narrow bandwidth suitable for microlithography. Therefore, an excimer laser for microlithography is equipped with a so-called bandwidth narrowing module. In the case of the laser radiation source described in FIG. 5, the bandwidth narrowing module 510 forms the back terminator of the laser resonator and reduces the bandwidth of the emitted laser radiation by wavelength selective reflection. Have Adjacent to the rear extraction window of the amplification or gas discharge chamber 520 is a beam expansion unit 512 that includes four appropriately arranged prisms located behind in order. The expanded laser beam is incident on the echelle grating 530 in a Littrow configuration, so that the incident expanded laser beam is reflected onto itself. This basic structure is known per se. In this case, the spectral line profile of the laser is determined substantially by the spectral reflectance of the echelle grating 530. Grating blazed diffraction rules or any other technique can be used to define the grating height profile during manufacture to provide the desired spectral intensity distribution in the outgoing laser beam 550.

例示的な実施形態では、エシェル格子530の高さプロフィールは、レーザ500によって放出されるレーザ放射線550が、式(10)に示す説明によって実質的にパラメータ化することができる下向きに開いた放物線方式のスペクトル線形状を有するように設計される。   In the exemplary embodiment, the height profile of the echelle grating 530 is a downward-opening parabolic scheme in which the laser radiation 550 emitted by the laser 500 can be substantially parameterized by the description shown in equation (10). It is designed to have the following spectral line shape.

放出レーザビームの望ましいスペクトル線形状は、帯域幅狭化モジュールのための反射格子530の製造中に予め判断される。この線形状をもたらす反射格子の高さプロフィールは、そこから逆算によって判断される。次に、反射格子は、それ自体公知の製造方法を用いて、例えば、ブレーズ回折則によって製造される。   The desired spectral line shape of the emitted laser beam is pre-determined during manufacture of the reflective grating 530 for the bandwidth narrowing module. The height profile of the reflection grating that gives this line shape is then determined by back calculation. Next, the reflection grating is manufactured using a manufacturing method known per se, for example, according to the blaze diffraction law.

スペクトル線形状の適切な設定によってリソグラフィ工程を改善することができる方法を示した。線形状パラメータατ2に対する4倍は、同じ色収差の場合に2倍だけ短いコヒーレンス時間を意味し、従って、

Figure 0005048872
倍のスペックル低下を意味する。同じく、パルスストレッチャーによるパルス長の二倍化によって同じスペックル低下率を得ることができるが、この場合、伝達率が約20%だけ低下するであろう。反対に、コヒーレンス時間を短縮する目的のための帯域幅の拡大は、対物系におけるより良好な色補正のための高価な手段を必要とすると考えられる。それとは対照的に、レーザのスペクトル線形状の提案する設定は、関連の悪影響を持たない技術的手段である。 We have shown how the lithography process can be improved by the proper setting of the spectral line shape. Four times the line shape parameter ατ 2 means a coherence time that is twice as short for the same chromatic aberration, and thus
Figure 0005048872
It means double speckle reduction. Similarly, the same speckle reduction rate can be obtained by doubling the pulse length with a pulse stretcher, but in this case the transmission rate will be reduced by about 20%. Conversely, increasing the bandwidth for the purpose of reducing coherence time is thought to require expensive means for better color correction in the objective system. In contrast, the proposed setting of the spectral line shape of the laser is a technical means that has no associated adverse effects.

100 マイクロリソグラフィ投影露光装置の例
102 1次光源
103 照明系の光軸
104 ビーム拡大器
190 照明系
100 Example of Microlithography Projection Exposure Apparatus 102 Primary Light Source 103 Optical axis 104 of Illumination System Beam Expander 190 Illumination System

Claims (16)

投影対物系の物体面の領域に配置されたマスクのパターンの少なくとも1つの像を用いて該投影対物系の像面の領域に配置された感放射線基板を露光する投影露光方法であって、
角周波数ωに依存するスペクトル強度分布I(ω)を有し、
Figure 0005048872
に従う収差パラメータαと、
Figure 0005048872
に従うコヒーレンス時間τとによって更に特徴付けることができるレーザ放射線を発生させる段階と、
マスク上に誘導される照明放射線を発生させるための照明系内に前記レーザ放射線を導入する段階と、
投影対物系を用いてマスクパターンを基板上に結像する段階と、
を含み、
前記スペクトル強度分布は、線形状パラメータατ2に対して条件ατ2≦0.3が成り立つように設定される、
ことを特徴とする方法。
A projection exposure method for exposing a radiation-sensitive substrate arranged in an image plane area of the projection objective using at least one image of a mask pattern arranged in an object plane area of the projection objective,
Having a spectral intensity distribution I (ω) depending on the angular frequency ω,
Figure 0005048872
An aberration parameter α according to
Figure 0005048872
Generating laser radiation that can be further characterized by a coherence time τ according to
Introducing the laser radiation into an illumination system for generating illumination radiation directed onto a mask;
Imaging a mask pattern on a substrate using a projection objective;
Including
The spectral intensity distribution is set so that the condition ατ 2 ≦ 0.3 holds for the line shape parameter ατ 2 .
A method characterized by that.
前記スペクトル強度分布は、前記線形状パラメータατ2に対して条件ατ2≦0.1が成り立つように設定されることを特徴とする請求項1に記載の投影露光方法。 2. The projection exposure method according to claim 1, wherein the spectral intensity distribution is set so that a condition ατ 2 ≦ 0.1 is satisfied with respect to the line shape parameter ατ 2 . 前記スペクトル強度分布I(ω)は、半値全幅σのガウス曲線に対応し、
α=σ2/2及び
τ=1/(√2π σ)
が、前記ガウス曲線に対して成り立つ、
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の投影露光方法。
The spectral intensity distribution I (ω) corresponds to a Gaussian curve with a full width at half maximum σ,
α = σ 2/2 and τ = 1 / (√2π σ)
Holds for the Gaussian curve,
The projection exposure method according to claim 1, wherein the projection exposure method is characterized.
前記スペクトル強度分布I(ω)は、放物線形状を有することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の投影露光方法。  The projection exposure method according to claim 1, wherein the spectral intensity distribution I (ω) has a parabolic shape. 前記スペクトル強度分布の最大値が、260nmよりも短い波長、特に193nmの紫外範囲にあることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の投影露光方法。  The projection exposure method according to claim 1 or 2, wherein the maximum value of the spectral intensity distribution is in a wavelength shorter than 260 nm, particularly in an ultraviolet range of 193 nm. 投影対物系の物体面の領域に配置されたマスクのパターンの少なくとも1つの像を用いて該投影対物系の像面の領域に配置された感放射線基板を露光するための投影露光装置であって、
レーザ放射線を放出するための1次レーザ放射線源と、
前記レーザ放射線を受光し、かつマスク上に誘導される照明放射線を発生させるための照明系と、
投影対物系の像面の領域にマスクパターンの像を発生させるための投影対物系と、
を含み、
前記レーザ放射線源は、角周波数ωに依存するスペクトル強度分布I(ω)を有するレーザ放射線を発生させるように設計され、
前記レーザ放射線は、
Figure 0005048872
に従う収差パラメータαと、
Figure 0005048872
に従うコヒーレンス時間τとによって特徴付けることができ、
前記スペクトル強度分布は、線形状パラメータατ2に対して条件ατ2≦0.3が成り立つように設定される、
ことを特徴とする装置。
A projection exposure apparatus for exposing a radiation-sensitive substrate arranged in an image plane area of a projection objective using at least one image of a mask pattern arranged in an object plane area of the projection objective ,
A primary laser radiation source for emitting laser radiation;
An illumination system for receiving the laser radiation and generating illumination radiation directed on the mask;
A projection objective for generating an image of the mask pattern in the area of the image plane of the projection objective;
Including
The laser radiation source is designed to generate laser radiation having a spectral intensity distribution I (ω) that depends on the angular frequency ω;
The laser radiation is
Figure 0005048872
An aberration parameter α according to
Figure 0005048872
And a coherence time τ according to
The spectral intensity distribution is set so that the condition ατ 2 ≦ 0.3 holds for the line shape parameter ατ 2 .
A device characterized by that.
前記スペクトル強度分布は、前記線形状パラメータατ2に対して条件ατ2≦0.1が成り立つように設定されることを特徴とする請求項6に記載の投影露光装置。The projection exposure apparatus according to claim 6, wherein the spectral intensity distribution is set so that a condition ατ 2 ≦ 0.1 is satisfied with respect to the line shape parameter ατ 2 . 前記スペクトル強度分布I(ω)は、半値全幅σのガウス曲線に対応し、
α=σ2/2及び
τ=1/(√2π σ)
が、前記ガウス曲線に対して成り立つ、
ことを特徴とする請求項6又は請求項7に記載の投影露光装置。
The spectral intensity distribution I (ω) corresponds to a Gaussian curve with a full width at half maximum σ,
α = σ 2/2 and τ = 1 / (√2π σ)
Holds for the Gaussian curve,
The projection exposure apparatus according to claim 6 or 7, wherein
前記スペクトル強度分布I(ω)は、放物線形状を有することを特徴とする請求項6又は請求項7に記載の投影露光装置。  The projection exposure apparatus according to claim 6, wherein the spectral intensity distribution I (ω) has a parabolic shape. 前記スペクトル強度分布の最大値が、260nmよりも短い波長、特に193nmの深紫外範囲にあることを特徴とする請求項6から請求項9のいずれか1項に記載の投影露光装置。  10. The projection exposure apparatus according to claim 6, wherein the maximum value of the spectral intensity distribution is in a wavelength shorter than 260 nm, particularly in the deep ultraviolet range of 193 nm. 請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の投影露光装置に使用するための角周波数ωに依存するスペクトル強度分布I(ω)を有するレーザ放射線を発生させるためのレーザ放射線源であって、
レーザ放射線が、
Figure 0005048872
に従う収差パラメータαと、
Figure 0005048872
に従うコヒーレンス時間τとによって特徴付けることができ、
スペクトル強度分布が、線形状パラメータατ2に対して条件ατ2≦0.3が成り立つように設定される、
ことを特徴とする放射線源。
A laser radiation source for generating laser radiation having a spectral intensity distribution I (ω) depending on an angular frequency ω for use in the projection exposure apparatus according to any one of claims 1 to 10. And
Laser radiation
Figure 0005048872
An aberration parameter α according to
Figure 0005048872
And a coherence time τ according to
The spectral intensity distribution is set so that the condition ατ 2 ≦ 0.3 holds for the line shape parameter ατ 2 .
A radiation source characterized by that.
請求項7から請求項10の少なくとも1項の特徴付け部分の特徴を特徴とする請求項11に記載のレーザ放射線源。  12. A laser radiation source according to claim 11, characterized by the features of at least one characterization part of claims 7-10. 前記レーザ放射線のスペクトル強度分布が実質的に反射格子のスペクトル反射率によって判断されるようなレーザ放射線源の共振器のレーザ放射線の波長選択性反射のための反射格子を含み、該反射格子の高さプロフィールが、前記条件ατ2≦0.3が成り立つ前記線形状パラメータατ2を有する該スペクトル強度分布I(ω)をもたらすように形成される帯域幅狭化モジュールを特徴とする請求項11又は請求項12に記載のレーザ放射線源。A reflection grating for wavelength selective reflection of the laser radiation of the resonator of the laser radiation source such that the spectral intensity distribution of the laser radiation is substantially determined by the spectral reflectance of the reflection grating, 12. A bandwidth narrowing module, wherein a profile is formed to provide the spectral intensity distribution I (ω) having the line shape parameter ατ 2 for which the condition ατ 2 ≦ 0.3 holds. The laser radiation source according to claim 12. 請求項11から請求項13のいずれか1項に記載のレーザ放射線源のための帯域幅狭化モジュールであって、レーザ放射線のスペクトル強度分布が実質的に反射格子のスペクトル反射率によって判断されるような該レーザ放射線源の共振器のレーザ放射線の波長選択性反射のための反射格子を含み、
前記反射格子の高さプロフィールが、角周波数ωに依存するスペクトル強度分布I(ω)が前記レーザ放射線に対してもたらされるように形成され、
前記レーザ放射線は、
Figure 0005048872
に従う収差パラメータαと、
Figure 0005048872
に従うコヒーレンス時間τとによって特徴付けることができ、
線形状パラメータατ2に対して、条件ατ2≦0.3が成り立つ、
ことを特徴とするモジュール。
14. A bandwidth narrowing module for a laser radiation source according to any one of claims 11 to 13, wherein the spectral intensity distribution of the laser radiation is substantially determined by the spectral reflectance of the reflecting grating. A reflective grating for wavelength selective reflection of the laser radiation of the resonator of the laser radiation source, such as
A height profile of the reflection grating is formed such that a spectral intensity distribution I (ω) depending on the angular frequency ω is provided for the laser radiation;
The laser radiation is
Figure 0005048872
An aberration parameter α according to
Figure 0005048872
And a coherence time τ according to
The condition ατ 2 ≦ 0.3 holds for the line shape parameter ατ 2 .
A module characterized by that.
前記反射格子の前記高さプロフィールは、前記スペクトル強度分布I(ω)が実質的に半値全幅σのガウス曲線に対応するように設計され、
α=σ2/2及び
τ=1/(√2π σ)
が、前記ガウス曲線の場合に成り立つ、
ことを特徴とする請求項14に記載の帯域幅狭化モジュール。
The height profile of the reflective grating is designed such that the spectral intensity distribution I (ω) substantially corresponds to a Gaussian curve with a full width at half maximum σ;
α = σ 2/2 and τ = 1 / (√2π σ)
Holds for the Gaussian curve,
The bandwidth narrowing module according to claim 14.
前記反射格子の前記高さプロフィールは、前記スペクトル強度分布I(ω)が実質的に放物線形状を有するように設計されることを特徴とする請求項14に記載の帯域幅狭化モジュール。  15. The bandwidth narrowing module according to claim 14, wherein the height profile of the reflection grating is designed such that the spectral intensity distribution I (ω) has a substantially parabolic shape.
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